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STM32 CAN/CANFD软件快速配置（HAL库版本）

2023-11-14

STM32 CAN/CANFD软件快速配置（HAL库版本）

前言

控制器局域网总线（CAN，Controller Area Network）是一种用于实时应用的串行通讯协议总线，它可以使用双绞线来传输信号，是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN协议用于汽车中各种不同元件之间的通信，以此取代昂贵而笨重的配电线束。该协议的健壮性使其用途延伸到其他自动化和工业应用。CAN协议的特性包括完整性的串行数据通讯、提供实时支持、传输速率高达1Mb/s、同时具有11位的寻址以及检错能力。

特别说明：关于CAN总线协议和硬件电路，CANFD和CAN的区别等问题，这里不做介绍，网上的资料非常多，不懂的同学请自行查阅。

1 软件编程

1.1 建立工程

要建立一个HAL库版本的工程可以直接使用其他项目的HAL工程，也可以通过移植HAL固件库或者用STM32CubeMX生成。

我这里以STM32G0为例讲解一下如何用STM32CubeMX生成一个工程。
特别说明：如果不使用STM32CubeMX工具，可以跳过以下步骤，直接从1.2开始，把CANFD相关代码加入其他HAL工程即可。

1、配置时钟
我这里使用外部晶振时钟(HSE)，8M晶振倍频到64M时钟。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

2、配置引脚
选择自己实际使用的引脚作为CAN_TX和CAN_RX。

在这里插入图片描述

3、配置CAN参数
我这里用CAN1作为CANFD，CAN2作为普通CAN。

CAN1配置参考如下：
特别说明：以下数据仅供参考，请根据实际情况配置。
在这里插入图片描述

CAN2配置参考如下：
特别说明：以下数据仅供参考，请根据实际情况配置。
在这里插入图片描述

最后使能中断（注：CAN1和CAN2可以共用一个中断接口）。
在这里插入图片描述

4、生成工程
请添加图片描述

1.2 初始化

初始化主要分成三部分：引脚设置，CAN参数设置和CAN滤波器设置。

1.2.1 引脚设置

把CAN_H和CAN_L两个引脚配置成复用功能即可。
注：如果CAN控制芯片的S引脚连接到STM32的话，还得初始化这个引脚，S引脚可以配置成高速模式或静音模式。

参考代码：
注：该代码可以通过STM32CubeMX生成

static uint32_t HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED=0;

void HAL_FDCAN_MspInit(FDCAN_HandleTypeDef* fdcanHandle)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
  if(fdcanHandle->Instance==FDCAN1)
  {
    PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_FDCAN;
    PeriphClkInit.FdcanClockSelection = RCC_FDCANCLKSOURCE_PCLK1;

    if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
    {
      Error_Handler();
    }

    /* FDCAN1 clock enable */
    HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED++;
    if(HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED==1){
      __HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLE();
    }

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**FDCAN1 GPIO Configuration
    PB8     ------> FDCAN1_RX
    PB9     ------> FDCAN1_TX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_FDCAN1;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* FDCAN1 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn);
  }
  else if(fdcanHandle->Instance==FDCAN2)
  {
    PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_FDCAN;
    PeriphClkInit.FdcanClockSelection = RCC_FDCANCLKSOURCE_PCLK1;

    if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
    {
      Error_Handler();
    }

    /* FDCAN2 clock enable */
    HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED++;
    if(HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLED==1){
      __HAL_RCC_FDCAN_CLK_ENABLE();
    }

    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    /**FDCAN2 GPIO Configuration
    PB5     ------> FDCAN2_RX
    PB6     ------> FDCAN2_TX
    */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_6;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF3_FDCAN2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    /* FDCAN2 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM16_FDCAN_IT0_IRQn);
  }
}
1.2.2 CAN基本参数设置

HAL库的CAN初始化有几个重要参数，都存放在几个结构体里面（如：CAN_HandleTypeDef，CAN_InitTypeDef），具体的结构体定义可以在HAL库查看。
说明：CAN参数需要根据自己实际的需求来配。

我这里着重讲解一下CAN波特率的配置。

CAN波特率 = CAN时钟频率 / 时钟分频 / 预分频系数 / (TimeSeg1 + TimeSeg2 + 1)。

其中，CAN时钟频率不是固定不变的，它取决于CAN所挂载的总线时钟。
比如STM32F1，系统时钟最大72M，APB1的总线时钟最大36M，而CAN控制器的时钟是挂在APB1的，所以CAN的时钟频率也等于APB1的时钟。
如果换作其他型号的MCU，CAN外设不一定是挂载到APB1上面的，时钟也不一定是36M，比如F4系列，APB1的时钟是可以配成42M的，因此，这个要根据实际情况来配置。

本例用的是STM32G0，CAN时钟频率配置为64MHz。
参考代码：
注：该代码可以通过STM32CubeMX生成

FDCAN_HandleTypeDef hfdcan1;
FDCAN_HandleTypeDef hfdcan2;

/* FDCAN1 init function */
void MX_FDCAN1_Init(void)
{
  /* USER CODE END FDCAN1_Init 1 */
  // CAN波特率 = 时钟频率 / 时钟分频  / 预分频系数 / (1 + TSG1 + TSG2) 
  // 仲裁段波特率 = 64M / 1 / 8 / (1 + 10 + 5) = 500k
  // 数据段波特率 = 64M / 1 / 2 / (1 + 10 + 5) = 2M
  hfdcan1.Instance = FDCAN1;                               // FDCAN1
  hfdcan1.Init.ClockDivider = FDCAN_CLOCK_DIV1;            // 时钟分频               
  hfdcan1.Init.FrameFormat = FDCAN_FRAME_FD_BRS;           // 配置为CANFD         
  hfdcan1.Init.Mode = FDCAN_MODE_NORMAL;                   // 正常工作状态       
  hfdcan1.Init.AutoRetransmission = DISABLE;               // 关闭自动重传, 传统模式下需关闭           
  hfdcan1.Init.TransmitPause = DISABLE;                    // 关闭传输暂停      
  hfdcan1.Init.ProtocolException = DISABLE;                // 关闭协议异常处理          
  hfdcan1.Init.NominalPrescaler = 8;                       // 仲裁段时钟分频，传统CAN模式时只设置这一段即可   
  hfdcan1.Init.NominalSyncJumpWidth = 1;                   // 仲裁段同步跳转段的宽度                      
  hfdcan1.Init.NominalTimeSeg1 = 10;                       // 仲裁段时间段1                      
  hfdcan1.Init.NominalTimeSeg2 = 5;                        // 仲裁段时间段2                     
  hfdcan1.Init.DataPrescaler = 2;                          // 数据段时钟分频，若工作于传统模式，不需要设置数据段参数
  hfdcan1.Init.DataSyncJumpWidth = 1;                      // 数据段同步跳转段的宽度   
  hfdcan1.Init.DataTimeSeg1 = 10;                          // 数据段时间段1           
  hfdcan1.Init.DataTimeSeg2 = 5;                           // 数据段时间段2           
  hfdcan1.Init.StdFiltersNbr = 28;                         // 标准帧滤波器数量 
  hfdcan1.Init.ExtFiltersNbr = 8;                          // 扩展帧滤波器数量 
  hfdcan1.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_FIFO_OPERATION;  // 发送模式：先入先出   
  if (HAL_FDCAN_Init(&hfdcan1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}
/* FDCAN2 init function */
void MX_FDCAN2_Init(void)
{
  /* USER CODE END FDCAN2_Init 1 */
  // CAN波特率 = 时钟频率 / 时钟分频 / 预分频系数 / (1 + TSG1 + TSG2) = 64M / 1 / 8 / (1 + 10 + 5) = 500k
  hfdcan2.Instance = FDCAN2;                               // FDCAN2
  hfdcan2.Init.ClockDivider = FDCAN_CLOCK_DIV1;            // 时钟分频 
  hfdcan2.Init.FrameFormat = FDCAN_FRAME_CLASSIC;          // 配置为传统模式    
  hfdcan2.Init.Mode = FDCAN_MODE_NORMAL;                   // 正常工作状态
  hfdcan2.Init.AutoRetransmission = DISABLE;               // 关闭自动重传, 传统模式下需关闭
  hfdcan2.Init.TransmitPause = DISABLE;                    // 关闭传输暂停
  hfdcan2.Init.ProtocolException = DISABLE;                // 关闭协议异常处理
  hfdcan2.Init.NominalPrescaler = 8;                       // 仲裁段时钟分频，传统CAN模式时只设置这一段即可
  hfdcan2.Init.NominalSyncJumpWidth = 1;                   // 仲裁段同步跳转段的宽度               
  hfdcan2.Init.NominalTimeSeg1 = 10;                       // 仲裁段时间段1                   
  hfdcan2.Init.NominalTimeSeg2 = 5;                        // 仲裁段时间段2                   
  hfdcan2.Init.DataPrescaler = 8;                          // 数据段时钟分频，若工作于传统模式，不需要设置数据段参数
  hfdcan2.Init.DataSyncJumpWidth = 1;                      // 数据段同步跳转段的宽度
  hfdcan2.Init.DataTimeSeg1 = 10;                          // 数据段时间段1           
  hfdcan2.Init.DataTimeSeg2 = 5;                           // 数据段时间段2           
  hfdcan2.Init.StdFiltersNbr = 28;                         // 标准帧滤波器数量
  hfdcan2.Init.ExtFiltersNbr = 8;                          // 扩展帧滤波器数量
  hfdcan2.Init.TxFifoQueueMode = FDCAN_TX_FIFO_OPERATION;  // 发送模式：先入先出                  
  if (HAL_FDCAN_Init(&hfdcan2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}
1.2.3 CAN收发初始化设置

CAN接收需要设置CAN滤波器，它的主要作用是筛选CAN接收的数据，只有满足设定规则的数据才会被接收，否则会被过滤掉。
而CAN发送则需要在发送一条数据前，先配置好这条数据的信息，如CANID，发送长度，数据类型(CAN/CANFD）等等。

参考代码：

FDCAN_TxHeaderTypeDef TxHeader1;
FDCAN_RxHeaderTypeDef RxHeader1;
FDCAN_TxHeaderTypeDef TxHeader2;
FDCAN_RxHeaderTypeDef RxHeader2;
void FDCAN1_Config(void)
{
  FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
  /* Configure Rx filter */
  sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
  sFilterConfig.FilterIndex = 1;
  sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE;
  sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;
  sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000;
  sFilterConfig.FilterID2 = 0x000007FF;
  if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  sFilterConfig.IdType = FDCAN_EXTENDED_ID;
  sFilterConfig.FilterIndex = 0;
  sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE;
  sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;
  sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000;
  sFilterConfig.FilterID2 = 0x1FFFFFFF;
  if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan1, &sFilterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* Configure global filter:
     Filter all remote frames with STD and EXT ID
     Reject non matching frames with STD ID and EXT ID */
  if (HAL_FDCAN_ConfigGlobalFilter(&hfdcan1, FDCAN_REJECT, FDCAN_REJECT, FDCAN_FILTER_REMOTE, FDCAN_FILTER_REMOTE) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* Activate Rx FIFO 0 new message notification on both FDCAN instances */
  if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan1, FDCAN_IT_BUS_OFF, 0) != HAL_OK)
  // {
  //   Error_Handler();
  // }

  /* Tx Config*/
  TxHeader1.Identifier = 0x000000000;                 // CAN ID
  TxHeader1.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;               // 标准ID
  TxHeader1.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;           
  TxHeader1.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
  TxHeader1.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE;
  TxHeader1.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF;
  TxHeader1.FDFormat = FDCAN_FD_CAN;                  // CANFD
  TxHeader1.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS;  
  TxHeader1.MessageMarker = 0;

  /* Configure and enable Tx Delay Compensation, required for BRS mode.
        TdcOffset default recommended value: DataTimeSeg1 * DataPrescaler
        TdcFilter default recommended value: 0 */
  HAL_FDCAN_ConfigTxDelayCompensation(&hfdcan1, hfdcan1.Init.DataPrescaler * hfdcan1.Init.DataTimeSeg1, 0);
  HAL_FDCAN_EnableTxDelayCompensation(&hfdcan1);
  
  /* Start the FDCAN module */
  if (HAL_FDCAN_Start(&hfdcan1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

void FDCAN2_Config(void)
{
  FDCAN_FilterTypeDef sFilterConfig;
  /* Configure Rx filter */
  sFilterConfig.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;
  sFilterConfig.FilterIndex = 1;
  sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE;
  sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;
  sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000;
  sFilterConfig.FilterID2 = 0x000007FF;
  if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan2, &sFilterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  sFilterConfig.IdType = FDCAN_EXTENDED_ID;
  sFilterConfig.FilterIndex = 0;
  sFilterConfig.FilterType = FDCAN_FILTER_RANGE;
  sFilterConfig.FilterConfig = FDCAN_FILTER_TO_RXFIFO0;
  sFilterConfig.FilterID1 = 0x00000000;
  sFilterConfig.FilterID2 = 0x1FFFFFFF;
  if (HAL_FDCAN_ConfigFilter(&hfdcan2, &sFilterConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* Configure global filter:
     Filter all remote frames with STD and EXT ID
     Reject non matching frames with STD ID and EXT ID */
  if (HAL_FDCAN_ConfigGlobalFilter(&hfdcan2, FDCAN_REJECT, FDCAN_REJECT, FDCAN_FILTER_REMOTE, FDCAN_FILTER_REMOTE) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* Activate Rx FIFO 0 new message notification on both FDCAN instances */
  if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan2, FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE, 0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  // if (HAL_FDCAN_ActivateNotification(&hfdcan2, FDCAN_IT_BUS_OFF, 0) != HAL_OK)
  // {
  //   Error_Handler();
  // }

  /* Tx Config*/
  TxHeader2.Identifier = 0x000000000;                 // CAN ID
  TxHeader2.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;               // 标准ID
  TxHeader2.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;           
  TxHeader2.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;
  TxHeader2.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE;
  TxHeader2.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF;
  TxHeader2.FDFormat = FDCAN_CLASSIC_CAN;             // CAN
  TxHeader2.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS;  
  TxHeader2.MessageMarker = 0;

  /* Configure and enable Tx Delay Compensation, required for BRS mode.
        TdcOffset default recommended value: DataTimeSeg1 * DataPrescaler
        TdcFilter default recommended value: 0 */
  HAL_FDCAN_ConfigTxDelayCompensation(&hfdcan2, hfdcan2.Init.DataPrescaler * hfdcan2.Init.DataTimeSeg1, 0);
  HAL_FDCAN_EnableTxDelayCompensation(&hfdcan2);

  /* Start the FDCAN module */
  if (HAL_FDCAN_Start(&hfdcan2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}
1.2.4 中断设置

如果使用CAN接收，需要配置中断服务函数。

参考代码：

/**
  * @brief This function handles TIM16, FDCAN1_IT0 and FDCAN2_IT0 Interrupt.
  */
void TIM16_FDCAN_IT0_IRQHandler(void)
{
  HAL_FDCAN_IRQHandler(&hfdcan1);
  HAL_FDCAN_IRQHandler(&hfdcan2);
}

1.3 CAN发送

CAN发送需要先配置发送参数，我这里为了方便测试，直接固定发送标准帧，ID也是固定的。
实际使用时可以把CANID，数据长度等参数作为函数入参，这样会更灵活一点。

参考代码：

void canfd_tx_test(void)
{
  TxHeader1.Identifier = 0x123;                 // CAN ID
  TxHeader1.IdType = FDCAN_STANDARD_ID;         // 标准ID
  TxHeader1.TxFrameType = FDCAN_DATA_FRAME;           
  TxHeader1.DataLength = FDCAN_DLC_BYTES_8;     // 发送长度：8byte
  TxHeader1.ErrorStateIndicator = FDCAN_ESI_PASSIVE;
  TxHeader1.BitRateSwitch = FDCAN_BRS_OFF;
  TxHeader1.FDFormat = FDCAN_FD_CAN;            // CANFD
  TxHeader1.TxEventFifoControl = FDCAN_NO_TX_EVENTS;  
  TxHeader1.MessageMarker = 0;

  if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &TxHeader1, can1_txbuf) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

1.4 CAN接收

接收部分只要开启了Rx中断，在CAN控制器收到消息时会调用RxFifo的回调函数，此时在这里读取数据并根据实际情况做相应的处理即可。我这里把收到的数据又发回去了，这样可以同时验证接收和发送。

参考代码：

void HAL_FDCAN_RxFifo0Callback(FDCAN_HandleTypeDef *hfdcan, uint32_t RxFifo0ITs)
{
  if((RxFifo0ITs & FDCAN_IT_RX_FIFO0_NEW_MESSAGE) != RESET)
  {
    if(hfdcan->Instance == FDCAN1)
    {
      /* Retrieve Rx messages from RX FIFO0 */
      if (HAL_FDCAN_GetRxMessage(hfdcan, FDCAN_RX_FIFO0, &RxHeader1, can1_rxbuf) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
      /* 把接收到的数据以CANFD发送回去 */
      TxHeader1.DataLength = RxHeader1.DataLength;
      TxHeader1.Identifier = RxHeader1.Identifier;
      if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan1, &TxHeader1, can1_rxbuf) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
    }

    if(hfdcan->Instance == FDCAN2)
    {
      /* Retrieve Rx messages from RX FIFO0 */
      if (HAL_FDCAN_GetRxMessage(hfdcan, FDCAN_RX_FIFO0, &RxHeader2, can2_rxbuf) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
      /* 把接收到的数据以CAN发送回去 */
      TxHeader2.DataLength = RxHeader2.DataLength;
      TxHeader2.Identifier = RxHeader2.Identifier;
      if(HAL_FDCAN_AddMessageToTxFifoQ(&hfdcan2, &TxHeader2, can2_rxbuf) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
    }
  }
}

2 运行测试

使用USB-CAN工具测试。

CAN1使用CANFD（仲裁域波特率500k，数据域波特率2M），上位机每发送一条数据，STM32收到后同样回一条一样的数据，CANID、数据长度和数据都是一致，说明STM32收到的数据没有问题。
在这里插入图片描述

CAN2使用普通CAN（仲裁域和数据域波特率均为500k），上位机每发送一条数据，STM32收到后同样回一条一样的数据，CANID、数据长度和数据都是一致，说明STM32收到的数据没有问题。
在这里插入图片描述

还有一些其他测试，比如切换扩展帧，远程帧等等，这里就不展示了，感兴趣的同学可以自己改参数试试。

结论：CAN收发正常。

结束语

好了，关于如何通过STM32如何配置和使用CANFD就讲到这里，如果你有什么问题或者有更好的方法，欢迎在评论区留言。

需要源码工程的同学可以自行下载：点击跳转下载链接

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